4 minute read
1.1.5. Diagrames de temps, temperatura i transformació
Figura 26. Micrografia òptica d’un acer bainític amb 0,8 % en pes de carboni. Presenta una interessant combinació de duresa, tenacitat i ductilitat, que sense ser més altes que altres acers, són elevades en els tres aspectes i per això són molt utilitzats en la indústria
Diverses microestructures de l’acer que hem vist amb anterioritat no es formen en equilibri i depenen molt del temps, és a dir, de la velocitat de refredament. Segons l’equació d’Avrami (y = 1 – e –ktn), la velocitat de transformació (ρ), és a dir, el temps necessari perquè es forme la fase austenita, està influït en gran mesura per la temperatura. Per exemple, per a un acer al carboni eutectoide, ρ varia de 5 segons a una temperatura de 600 °C, a 60 hores quan la temperatura assoleix els 725 °C.
Si fem una representació gràfica, el grau de transformació de l’austenita per a cada temps i temperatura, obtenim el que s’anomena un diagrama ttt (temps, temperatura i transformació). Cada diagrama és vàlid únicament per a una transformació determinada, ja que l’addició d’aliants modifica en gran mesura les transformacions de fase i, per tant, el diagrama ttt. Un altre aspecte important a destacar, és que els ttt són diagrames exclusivament cinètics, no són diagrames d’equilibri. En la figura 27, es mostren dos d’aquests diagrames.
Figura 27. Diagrama ttt de (a) acer al carboni eutectoide i (b) acer martensític 4340. Adaptat de Ciencia de los materiales, W. D. Callister, Ed. Reverté, Barcelona
Quan ens centrem en la composició eutectoide, figura 27 (a), podem apreciar que el diagrama té forma de nas: la punta (540 °C) marca la tendència de dos comportaments aparentment contradictoris. Així mateix, es marquen en el diagrama les fases amb les seues inicials en el camp que correspon: A (austenita), P (perlita), B (bainita) i M (martensita). També apareixen diverses línies horitzontals, que són les corresponents a la temperatura eutectoide i les associades a la transformació martensítica; és important destacar que aquestes no depenen del temps i només hi té funció la temperatura. Com la transformació martensítica no depèn del temps de transformació es denomina transformació atèrmica. Finalment, la línia puntejada entre les dues regions completament austenítica i perlítica (o, si s’escau bainítica), expressa el temps necessari perquè l’austenita es transforme un 50 % a la fase que corresponga.
A la punta del nas perlític la velocitat de transformació és màxima (540 °C), és a dir, que el temps necessari perquè una estructura completament austenítica es transforme en completament perlítica és mínim. També marca el límit de temperatura a partir de la qual es forma bainita en lloc de perlita, ja que ambdues fases són competitives entre si. És de crucial importància ressaltar que una vegada formada la corresponent perlita o bainita, aquestes no es tornen a transformar, és a dir, es mantenen durant tot el corresponent tractament tèrmic. Només es tornen a transformar en austenita quan han sigut escalfades per sobre de la temperatura eutectoide. Un altre aspecte important és que la màxima transformació marca dos comportaments diferents aparentment contradictoris:
I. De la temperatura eutectoide a 540 °C, augmenta la velocitat de transformació de l’austenita en disminuir la temperatura. Això és deu al fet que la cinètica de gruixudes són d’alta temperatura i les fines de baixa. Això és així pel fet que el creixement de gra es veu afavorit per la difusió atòmica i es tracta d’un procés activat tèrmicament. Així doncs, la meitat superior del camp perlític, estarà format per perlita gruixuda i la meitat inferior per perlita fina; i el mateix ocorre amb la regió bainítica, encara que habitualment són estructures mixtes. A la figura 28 es mostren les microestructures de perlita gruixuda i fina, la transformació de les quals està determinada per la nucleació de la perlita, la qual augmenta amb la disminució de la temperatura. II. Per sota de 540 °C, la velocitat de transformació disminueix amb la disminució de la temperatura. Això es deu al fet que la cinètica de transformació està determinada pel creixement dels grans de bainita, que està governat per processos de difusió atòmica en el si de l’austenita, la qual es veu minvada en disminuir la temperatura.
Un altre aspecte a destacar és la formació gruixuda o fina de la perlita i la bainita en els seus respectius camps del diagrama ttt. Aquesta distinció és deguda a la major o menor grandària dels grans que es formen durant la solidificació, les fases gruixudes són d’alta temperatura i les fines, de baixa. Això ocorre pel fet que el creixement del gra es veu afavorit per la difusió atòmica, de manera que és un procés activat tèrmicament. Així doncs, la meitat superior del camp perlític estarà format per perlita gruixuda i la meitat inferior per perlita fina, i el mateix succeeix amb la regió bainítica, encara que habitualment són estructures mixtes. En la figura 28 es mostren les microestructures de perlita gruixuda i fina.
Figura 28. Microestructura d’un acer eutectoide amb estructura (a) de perlita gruixuda i (b) perlita fina. Adaptat de Ciencia de los materiales, W. D. Callister, Ed. Reverté, Barcelona
